III族氮化物层叠体及III族氮化物发光元件制造技术

本发明专利技术提供光输出的偏差较小、能够稳定地获得较高的光输出的III族氮化物层叠体以及使用该层叠体的III族氮化物发光元件。III族氮化物层叠体包括基板和用组分式AlXGa1‑XN(0

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】III族氮化物层叠体及III族氮化物发光元件
本专利技术涉及新型的III族氮化物层叠体及使用该层叠体的新型的III族氮化物发光元件。
技术介绍
当前，发光波长在365nm以下的深紫外光源使用重氢或水银等气体光源。所述气体光源寿命较短，还存在设备较大型的问题。并且，水银的使用有时受限制。因此，期待着使用能够消除上述问题且容易操作使用的半导体所实现的发光元件。作为这样的深紫外发光元件，提出了使用由组分式AlqGa1-qN(0≤q≤1)表示的III族氮化物半导体的发光元件。这样的III族氮化物半导体在波长200～365nm的总范围内是直接迁移型半导体，因此作为深紫外发光元件发挥功能(参照专利文献1及非专利文献1)。使用III族氮化物半导体的深紫外发光元件通常是通过在由单晶体构成的基板上晶体生长n型层、活性层、p型层的层叠构造而制备的。作为半导体层叠构造的晶体生长技术存在金属有机化学气相沉积(MOCVD)法或分子束外延(MBE)法。上述晶体生长法所使用的单晶体基板采用蓝宝石或SiC、Si等异种基板材料、或AlN、GaN等同种基板，在该基板上晶体生长作为发光元件的半导体层叠构造，由此形成使用III族氮化物半导体的深紫外发光元件。【现有技术文献】【专利文献】【专利文献1】国际公开WO2014/123092号公报【非专利文献】【非专利文献1】HidekiHirayama，SachieFujikawa，NorimichiNoguchi，JunNorimatsu，TakayoshiTakano，KenjiTsubaki，andNorihikoKamata，“222-282nmAlGaNandInAlGaN-baseddeep-UVLEDsfabricatedonhigh-qualityAlNonsapphire”，Phys.StatusSolidiA206，No.6，1176-1182(2009)但是，使用所述III族氮化物半导体的发光元件与重氢气体灯或者水银气体灯相比，具有发光效率低、光输出较弱的问题。作为原因之一是上述深紫外发光元件中的位错。在单晶体基板使用蓝宝石或SiC、Si等异种基板材料的情况下，当在该基板上进行AlqGa1-qN层的晶体生长时，由于与基板的晶格常数及热膨胀系数不同，因而导致在晶体生长中包含多个位错，导致光输出下降。因此，在非专利文献1中，通过研究AlqGa1-qN层的晶体生长法，降低AlqGa1-qN层中的位错密度，其结果是，发光效率提高，实现提高光输出的效果(非专利文献1)。并且，已知将同种基板用作单晶体基板而晶体生长AlqGa1-qN层时，能够进行几乎没有位错的发光元件的制备，光输出提高。因此，本专利技术人们进一步进行研究，通过对AlN基板上的发光元件的半导体层叠构造加入新型的构造，实现了光输出的提高(参照专利文献1)。但是，本专利技术人在利用上述专利文献1的方法连续制备使用III族氮化物半导体的发光元件时，不同批次之间光输出的偏差较大，难以稳定地生产具有光输出较高的特性的发光元件。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于解决上述问题，提供光输出的偏差较小、能够稳定地获得较高光输出的III族氮化物层叠体，以及使用该层叠体的III族氮化物发光元件。本专利技术人们为了达到上述目的而进行了深入研究。首先，通过研究构成III族氮化物半导体的各层的组分或厚度而获得如下认识：当采用在基板和n型的AlGaN层之间夹有AlGaN层的结构的情况下，同一批次或者批次之间的光输出偏差的程度根据多个AlGaN层的组分、厚度而不同。因此，继续对被夹在基板和n型的AlGaN层之间的AlGaN层进行研究发现，通过使该AlGaN层的Al组分比n型的AlGaN层的Al组分低，还使该AlGaN层的膜厚比n型的AlGaN层的膜厚薄，能够稳定地生产具有光输出偏差较小、且光输出较高的特性的发光元件，进而完成了本专利技术。即，第一方面的本专利技术涉及III族氮化物层叠体，包括基板和用组分式AlXGa1-XN(0<X≤1)表示的n型的第一AlGaN层，其特征在于，在所述基板和所述n型的第一AlGaN层之间具有用组分式AlYGa1-YN(0.5<Y≤1，其中Y<X)表示的第二AlGaN层，在设所述n型的第一AlGaN层的膜厚为tx及所述第二AlGaN层的膜厚为ty时，tx>ty。上述本专利技术的III族氮化物层叠体可以适合采用以下的方式。(1)在所述基板中与所述第二AlGaN层接触的最表面具有用组分式AlZGa1-ZN(0.9<Z≤1)表示的表层部。(2)所述第二AlGaN层的膜厚ty是30～100nm。(3)所述n型的第一AlGaN层与所述第二AlGaN层的膜厚比tx/ty是2以上100以下。(4)所述第二AlGaN层具有n型导电性。(5)所述基板是AlN单晶体基板。另外，第二方面的本专利技术涉及III族氮化物发光元件，在上述III族氮化物层叠体的n型的AlGaN层上具有活性层，该活性层具有至少一个以上的阱层，该活性层中的阱层是用组分式AlWGa1-WN(0<W<1)表示的AlGaN层，Al组分W是W≤Y。在上述第二方面的本专利技术的III族氮化物发光元件中，优选发光峰值波长是210～365nm。专利技术效果本专利技术的III族氮化物层叠体的特征在于，在基板和所述n型的第一AlGaN层(第一AlGaN层)之间具有Al组分比第一AlGaN层低、而且膜厚比第一AlGaN层薄的AlGaN层(第二AlGaN层)。通过采用这种结构的层叠体，即使是基板和n型的第一AlGaN层的组分不同的情况下，也能够稳定地获得高质量的III族氮化物层叠体。因此，通过使用本专利技术的III族氮化物层叠体，能够获得具有光输出的偏差较小、且光输出较高的特性的III族氮化物发光元件。另外，在上述基板和n型的AlGaN层的晶格常数不同的情况下，有可能在晶体生长时产生裂纹等缺陷。因此，在专利文献1中示例了在基板上具有多个n型层的III族氮化物发光元件，以便缓解基板和生长层之间的晶格不匹配或界面的粗糙，还记载了在基板是蓝宝石基板或者AlN基板的情况下，多个n型层中与基板接触的n型基底层的带隙大于被层叠在其上的n型包层的带隙，即从n型基底层的Al的组分比n包层高、晶格常数较小的层开始顺序地进行层叠(参照专利文献1(图8)、(图9(A))及第0078～0081段)。这样，当在AlN等的基板上层叠Al组分不同的多个AlGaN层的情况下，通常提高与基板接触的AlGaN层的Al组分，以便在晶体生长时抑制裂纹等缺陷。另一方面，在本专利技术中，与上述专利文献1等的结构相反，在基板和n型的第一AlGaN层之间导入了与n型AlGaN层相比Al组分较低、晶格常数较大的层，作为第二AlGaN。另外，通过使第二AlGaN层的厚度比n型的第一AlGaN层薄，成功地抑制裂纹等缺陷的产生和光吸收，稳定地获得高质量的III族氮化物层叠体，这种认识是由本专利技术人们最先发现的。附图说明图1是表示本专利技术的III族氮化物层叠体的一例的剖面示意图。图2是表示本专利技术的III族氮化物层叠体的另一例的剖面示意图。图3是表示本专利技术的III族氮化物发光元件(“深紫外发光元件”本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种III族氮化物层叠体，包括基板和用组分式AlXGa1‑XN(0

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.27 JP 2016-0894871.一种III族氮化物层叠体，包括基板和用组分式AlXGa1-XN(0<X≤1)表示的n型的第一AlGaN层，其特征在于，在所述基板和所述n型的第一AlGaN层之间具有用组分式AlYGa1-YN(0.5<Y≤1，其中Y<X)表示的第二AlGaN层，在设所述n型的第一AlGaN层的膜厚为tx及所述第二AlGaN层的膜厚为ty时，tx>ty。2.根据权利要求1所述的III族氮化物层叠体，其特征在于，在所述基板中与所述第二AlGaN层接触的最表面具有用组分式AlZGa1-ZN(0.9<Z≤1)表示的表层部。3.根据权利要求1或2所述的III族氮化物层叠体，其特征在于，所述第二AlGaN层的膜厚ty...

【专利技术属性】
技术研发人员：小幡俊之，
申请(专利权)人：斯坦雷电气株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP